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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Filamentfaserschlichtemittel
und die Verwendung desselben.
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Beim
sogenannten Schlichten von Textilfasern handelt es sich analog zum
sonstigen Sprachgebrauch um einen Glättvorgang, wenngleich
das Glätten nicht der einzige und auch nicht der wesentliche
Aspekt ist. Weitere Aspekte sind das Verkleben und Verfestigen der
Fasern.
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Geschlichtet
werden Garne, die beim Weben als Kettgarn eingesetzt werden. Da
die Garne ursprünglich offen strukturiert sind, können
sie den verschiedenartigen und teilweise intensiven Beanspruchungen
des Webens nicht standhalten. Sie würden, insbesondere
aufgrund von Scheuerbeanspruchungen, aufrauhen, wobei sich Faseraufschiebungen
ausbilden, die das Weben unmöglich machen. Garnschädigungen
dieser und anderer Art sind deshalb unbedingt zu vermeiden. Aus
diesem Grund werden die Garne geschützt. Dieser Schutz
wird durch das Aufbringen eines aushärtbaren Klebers erreicht,
der, vereinfacht dargestellt, einen Schutzfilm um das Garn herum
ausbildet. Den Kleber nennt man „Schlichte". Zur Applikation
auf die Fasern wird die Schlichte in Wasser gelöst und
als „Schlichteflotte" auf das Kettgarn aufgebracht. Nach
dem Webprozeß wird die Schlichte in den meisten Fällen
aus dem Gewebe entfernt, d. h. ausgewaschen, da sie die nachfolgenden
Veredelungsprozesse behindern kann.
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Generelle
Anforderungen an ein Schlichtemittel sind unter anderem, daß das
Schlichtemittel einen Film ausbilden soll, der zudem über
eine gewisse Elastizität verfügt. Das Schlichtemittel
muß ferner über eine gute Adhäsion zu
jenen Fasern verfügen, aus denen das Garn besteht. Die
Viskosität der Schlichteflotte darf bei jener Konzentration,
die aus technologischen Gründen erforderlich ist, nicht
zu hoch oder zu niedrig sein. Ebenfalls sollte die Schlichte in
Wasser löslich sein oder durch Kochung in Lösung
gebracht werden. Die Schlichte sollte scherstabil sein. Darüber
hinaus sollte die Schlichte möglichst leicht auswaschbar
bzw. entfernbar sein. Andererseits darf die Schlichte bei hoher
Luftfeuchtigkeit nicht erweichen bzw. klebrig werden, wobei die
beiden letztgenannten Forderungen widersprüchlich sind
und ein entsprechender Kompromiß gefunden werden muß.
Ferner darf die Schlichteflotte nicht retrogradieren, keine Haut
bilden oder zur Schaumbildung neigen. Außerdem soll sie
die Garne leicht benetzen. Da oft Mischrezepturen für Schlichten
verwendet werden, sollte das Schlichtemittel mit anderen auf dem
Markt erhältlichen Produkten verträglich und ebenfalls
mit den erforderlichen Hilfsmitteln, wie Fetten, Netzmitteln, etc.,
kompatibel sein. Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn das Schlichtemittel
als solches umweltfreundlich ist.
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In
der Textilindustrie wird zwischen gesponnenen Fasern und Filamentfasern
unterschieden. Bei Filamentfasern handelt es sich um Endlosfäden,
die durch Ausspinnen einer Spinnmasse bestehend meist aus synthetischen
oder auch natürlichen Polymeren gewonnen werden. Allen Filamenten
ist gemein, daß beim Spinnverfahren das Ausgangsmaterial,
welches als Granulat vorliegt, entweder durch Schmelzen oder Auflösen
verflüssigt wird. Anschließend wird die Spinnmasse
durch Düsen gepumpt. Nach dem Erstarren der Fibrillen,
welches durch unterschiedliche Verfahren bewirkt werden kann, werden
die Filamentgarne auf einer Rolle gesammelt.
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Gesponnene
Fasern werden durch Verziehen und Verdrehen von Fasern endlicher
Länge meist natürlichen Ursprungs, wie Baumwolle,
hergestellt.
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Beide
Fasertypen, sowohl gesponnene Fasern als auch Filamentfasern, unterscheiden
sich in ihren Eigenschaften oder stellen spezielle Anforderungen
an das zu verwendende Schlichteprodukt dar. Beispielsweise zeigen
Filamente eine glattere Oberfläche, während gesponnene
Garne häufig sehr offen strukturiert sind. Daher kommen
je nach Faserart unterschiedliche Schlichtemittel zum Einsatz. Schlichtemittel
auf Stärkebasis finden größtenteils im
Spinnfaserbereich Verwendung, wohingegen im Filamentfaserbereich überwiegend
synthetische Produkte, wie Polyvinylalkohol, Acrylate oder Polyester,
zum Einsatz kommen.
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Spezielle
Anforderungen an ein Filamenfaserschlichtemittel sind unter anderem
eine niedrige Viskosität, d. h. eine Viskosität
von kleiner als 100 mPa·s (Brookfield-Viskosität,
gemessen für eine 10%-ige Lösung in Wasser bei
50°C). Ferner soll das Filamentschlichtemittel eine gute
Klebkraft auf Filamentfasern, wie Polyester und Polyamid, aber auch
auf Mineralfilamentfasern zeigen. Ferner ist eine hohe Stabilität
auch bei niedrigen Temperaturen gewünscht. Bei Mineralfaserfilamenten
ist ferner ein niedriger Aschegehalt erforderlich. Das Filamentschlichtemittel
soll eine sehr gute Filmbildung auf glatten Oberflächen
zeigen und bevorzugt ein Auswaschen ausschließlich mit
Wasser ermöglichen.
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Zu
den drei wichtigsten Stoffklassen der synthetischen Filamentfasern
gehören Polyester (beispielsweise Dacron® von
DuPont, Trevira® von Hoechst und
Diolen® von Akzo), Polyamid (beispielsweise
Perlon® von Bayer/Akzo, Nylon® von DuPont/Akzo und Kevlar® von DuPont) sowie Polyacrylnitril
(beispielsweise Dolan® von Hoechst,
Dralon® von Bayer und Orlon® von DuPont).
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Der
chemische Grundbaustein aller synthetischen Fasern wird aus Erdöl
gewonnen. Die Einzelmoleküle werden durch Polymerisation,
Polykondensation oder Polyaddition zu verschiedenen Polymeren aufgebaut.
Chemiefasern (synthetische Fasern) haben weniger Struktur als Naturfasern
und daher eine glattere Oberfläche.
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Eine
weitere wichtige Klasse an Filamentfasern besteht aus Mineralien,
wie SiO2 (Quarz). Diese Glasfilamente zeichnen
sich durch besondere Festigkeit aus und werden in verschiedenen
Industriezweigen, beispielsweise der Elektronik-, Auto- und Bauindustrie
eingesetzt.
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Die
Anforderungen an ein Filamentschlichtemittel werden derzeit nur
von synthetischen Schlichtemitteln in vollem Umfang erfüllt.
Synthetische Schlichtemittel werden überwiegend aus Erdöl
gewonnen. Bislang haben vorhandene Schlichtemittelprodukte auf Stärkebasis
für den Einsatz bei Filamentfasern nicht die erforderliche
Affinität zu den Filamenten gezeigt, wobei unter der Affinität
die Haftung, Klebkraft bzw. Adhäsion des Schlichtemittels
an den Faser verstanden werden soll. Schlichtemittelprodukte auf
natürlicher Basis, wie auf Stärkebasis, würden
jedoch im Gegensatz zu den synthetischen Produkten aus einem nachwachsenden
Rohstoff bestehen, der in großen Mengen verfügbar
und biologisch abbaubar ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Filamentfaserschlichtemittel
bereitzustellen, das die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet,
insbesondere eine verbesserte Affinität zu den Filamentfasern
zeigt und umweltfreundlich ist, so daß synthetische Produkte
teilweise oder vollständig ersetzt werden können.
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Ebenfalls
soll eine Verwendung des Filamentfaserschlichtemittels bereitgestellt
werden.
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Die
erste Aufgabe wird gelöst durch ein Filamentfaserschlichtemittel,
das zumindest 50 Gew.-% zumindest einer Leguminosenstärke
mit einem Amylosegehalt von mindestens 60 Gew.-% umfaßt.
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Dabei
ist bevorzugt, daß die Filamentfaser ausgewählt
ist aus synthetischen, natürlichen oder Mineralfasern.
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Besonders
bevorzugt ist die Filamentfaser ausgewählt aus Polyester,
Polyamid, Polyacrylnitril und Glas.
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Auch
wird vorgeschlagen, daß die Leguminosenstärke
ausgewählt ist aus Erbse, Bohne, Linse, Sojabohne, Erdnuß,
Lupine und Mischungen derselben.
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In
einer Ausführungsform ist die Leguminosenstärke
chemisch und/oder physikalisch modifiziert.
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Dabei
ist bevorzugt, daß die Leguminosenstärke verestert
ist.
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Besonders
bevorzugt ist, daß die Leguminosenstärke acetyliert
ist, vorzugsweise mit einem Acetylgehalt von 1 bis 5%. Der Acetylgehalt
bezieht sich hier auf den Anteil aller möglichen acetylierbaren
funktionellen Gruppen der Stärke.
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Ebenfalls
kann vorgesehen sein, daß die Leguminosenstärke
extrudiert ist. Beim Extrudieren wird die Stärke unter
Einfluß hoher Temperaturen (beispielsweise etwa 130°C),
Druck und Scherung in ein in kaltem Wasser lösliches, sehr
stabiles und niederviskoses Produkt überführt.
Das Extrudieren ist auf dem Fachgebiet allgemein bekannt.
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Die
Leguminosenstärke weist bevorzugt einen Amylosegehalt von
60 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 80 Gew.-% auf.
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Das
Schlichtemittel kann mit zumindest einem weiteren natürlichen
und/oder synthetischen Schlichtemittel vermischt sein.
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Dabei
ist bevorzugt, daß die Mischung einen Stärkeanteil
von mindestens 50 Gew.-% aufweist.
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Die
Leguminosenstärke kann gentechnisch modifiziert sein.
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Das
erfindungsgemäße Schlichtemittel kann also zur
Applikation auf Filamentfasern verwendet werden. Das erfindungsgemäße
Schlichtemittel wird dabei zunächst auf die Faser appliziert
und nach dem Verweben der Faser aus dem so hergestellten Gewebe
entfernt, vorzugsweise durch Auswaschen lediglich mit Wasser.
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Überraschend
wurde gefunden, daß ein ausgezeichnetes Filamentfaserschlichtemittel
bereitgestellt werden kann, wenn dieses zumindest 50 Gew.-% zumindest
einer Leguminosenstärke mit einem Amylosegehalt von mindestens
60 Gew.-% umfaßt. Mit einem solchen Filamentfaserschlichtemittel
können bezüglich der Affinität, Klebkraft
und Dehnung vergleichbare Werte wie für synthetisch hergestellte
Filamentfaserschlichtemittel erzielt werden, wie sich unten aus
dem Beispielsabschnitt ergibt.
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Es
ist bekannt, daß der Grundbaustein von Stärke
aus alpha-D-Glucose besteht. Bei einer Verknüpfung der
Glucoseeinheiten in 1,4-Stellung wird das geradlinige Molekül
Amylose gebildet, während bei Vorliegen einer gleichzeitigen
1,6-Verknüpfung das Amylopektin gebildet wird. Übliche
Stärken bestehen also aus zwei unterschiedlichen Molekülen.
Seit langem ist bekannt, daß diese beiden Moleküle,
Amylose und Amylopektin, unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit auch die Verwendung
einer Leguminosenstärke mit einem Amylosegehalt von mindestens
60 Gew.-% in der Herstellung eines Filamentfaserschlichtemittels,
das dann mindestens 50 Gew.-% dieser Leguminosenstärke
umfasst.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Filamentfaserschlichtemittel
ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit der beigefügten Zeichnung, in der 1 einen Graph
für die Brookfield-Viskosität eines erfindungsgemäßen
Filamentfaserschlichtemittels in Abhängigkeit der Konzentration
zeigt.
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Die
Eigenschaften eines Schlichtemittels werden üblicherweise
in Kombination mit dem jeweiligen Substrat, d. h. dem Substrat,
auf das das Schlichtemittel appliziert werden soll, definiert. Um
Schlichtemittel daher direkt miteinander vergleichen zu können,
müssen alle anderen Parameter identisch sein, was in der Praxis
kaum durchführbar ist. Um jedoch dennoch Vergleichsmessungen
durchführen zu können, beispielsweise bezüglich
der Klebkraft, wurde im Folgenden die Rotor-Ring-Methode eingesetzt,
die in „Neue Untersuchungen zur Klebkraft von Schlichtemitteln",
Textil Praxis Int., Dezember 1989, beschrieben wird. Bei
dieser Methode wird ein Faserbändchen in einem Rotoraggregat
hergestellt, und durch Einspritzen von Schlichteflotte unterschiedlicher
Konzentrationen benetzt. Rotoraggregat und Schlichteflotte haben
hierbei eine Temperatur von 85°C, welches der Praxistemperatur
entspricht. Das so hergestellte Faserbändchen wird einem
Zugversuch unterworfen, hierbei werden Zugfestigkeit und Dehnung
gemessen. Es werden mehrere Versuche mit unterschiedlichen Konzentrationen
durchgeführt, so dass eine lineare Kurve entsteht. Als
Kenngröße wurde der Wert bei 1% Beschlichtung
gewählt. Die Ergebnisse der Rotor-Ring-Methode sind vollständig
mit der Praxis kompatibel.
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Die
im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispiele sollen in keiner
Weise für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung einschränkend
sein.
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Beispiel 1
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Herstellung einer acetylierten Erbsenstärke
mit hohem Amylosegehalt
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4,7
kg Erbsenstärke mit hohem Amylosegehalt von etwa 70 Gew.-%
werden in 7,3 l Leitungswasser suspendiert. Bei Raumtemperatur wird
die Suspension unter Rühren mit 380 ml Essigsäureanhydrid
bei einem pH-Wert von 8–8,3 verestert. Nach dem Verestern
wird das Produkt neutralisiert, abfiltriert und getrocknet. Der Acetylgehalt
liegt bei etwa 2,4%. Die acetylierte Erbsenstärke wird
anschließend extrudiert. Der so hergestellte Erbsenstärkeester
entspricht dem unten in Tabelle 1 dargestellten Markerbsenstärkeester
F8125.
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Tabelle
1 unten zeigt eine Reihe von Stärkeprodukten mit unterschiedlichem
Gehalt an Amylose und Amylopektin sowie die nach der Rotor-Ring-Methode
ermittelten Werte für Klebkraft und Dehnung auf Polyesterfasern.
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Alle
folgenden Ergebnisse werden gemäß dem in
Textil
Praxis Int., Dezember 1998, beschriebenen Artikel ermittelt. Tabelle 1 – Klebkraft- und Dehnungswerte
unterschiedlicher Stärkerohstoffe und Modifizierungen auf
Polyesterfasern
| Rohstoff/Modifizierung | Amylose | Amylopektin | Klebkraft
auf Polyester | Dehnung
auf Polyester |
| Maisstärkeether
F 7511 (Hylon 7) | ca.
70% | ca.
30% | 42
cN | 10% |
| Kationische
F 8094 Palerbsenstärke | ca.
35% | ca.
65% | 30
cN | 9,7% |
| Palerbsenstärkeester
F 8124 | ca.
35% | ca.
65% | 36
cN | 10,3% |
| Markerbsenstärkeester
F 8125 | ca.
70% | ca.
30% | 46
cN | 10,3% |
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Für
die Herstellung des Palerbsenstärkeesters F8124 wurde ein
anderer Stärkerohstoff verwendet, so daß ein unterschiedlicher
Amylose- bzw. Amylopektingehalt im Vergleich zum Markerbsenstärkeester
F8125 resultierte. Die Ermittlung der Dehnungswerte kann ebenfalls
dem
Aufsatz "Neue Untersuchungen zur Klebkraft von Schlichtemitteln",
Textil Praxis Int. Dezember 1989 entnommen werden.
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In
Tabelle 2 unten sind Klebkraftwerte und Dehnungswerte synthetischer
Schlichtemittelprodukte auf Polyesterfasern gezeigt. Tabelle 2 – Klebkraft- und Dehnungswerte
synthetischer Produkte auf Polyesterfasern
| Produkt | Klebkraft
auf Polyester | Dehnung
auf Polyester |
| Polyvinylalkohol | > 80 cN | 10–12% |
| Polyacrylat | 30–50
cN | 3,5–6% |
| Polyester | ca.
80 cN | ca.
12% |
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Schließlich
zeigt Tabelle 3 einen Vergleich eines erfindungsgemäßen
Filamentfaserschlichtemittels, dem Erbsenstärkeester F
8125, mit einem Polyacrylsäureschlichtemittel in bezug
auf Klebkraft und Dehnung auf Polyamidfasern. Tabelle 3 – Klebkraft- und Dehnungswerte
auf Polyamidfasern PA 6.6
| Produkt | Klebkraft
auf Polyamid | Dehnung
auf Polyamid |
| Erbsenstärkeester
F 8125 | 71
cN | 7% |
| Polyacrylsäure | ca.
70 cN | ca.
10% |
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Wie
aus den Tabellen 1 bis 3 ersichtlich ist, wird mit dem Erbsenstärkeester
F 8125, einem Erbsenstärkeester mit hohem Amylosegehalt,
die Klebkraft auf Polyester und Polyamid deutlich gesteigert, so
daß teilweise die Werte der synthetischen Produkte erreicht
werden.
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Im
Gegensatz zu den synthetischen Produkten zeigt der Erbsenstärkeester
jedoch die oben beschriebenen Vorteile.
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Insbesondere
zeigt die Viskosität des Erbsenstärkeesters F8125
ausgezeichnete Werte, wie sich beispielsweise aus 1 ergibt,
wonach in einer 10%-igen Lösung des Esters in Wasser bei
50°C eine Viskosität von unter 100 mPa·s
erhalten wird.
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Ebenfalls
wurde für den Erbsenstärkeester F 8125 die Scherstabilität
nach einer dreiminütigen Scherung bei 2.800 Upm gemessen.
Die Werte sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 – Scherstabilität
von F 8125
| Brookfield-Viskosität
10% vor Scheren | Brookfield-Viskosität
nach 3 Minuten Scheren bei 2.800 Upm |
| 60
mPa·s | 55
mPa·s |
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Wie
aus Tabelle 4 ersichtlich ist, verändert sich die Viskosität
des Produktes F 8125 auch nach intensiver Scherung nicht, da der
Unterschied von 5 mPa·s innerhalb der Meßgenauigkeit
liegt.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie
in der Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Neue
Untersuchungen zur Klebkraft von Schlichtemitteln", Textil Praxis
Int., Dezember 1989 [0032]
- - Textil Praxis Int., Dezember 1998 [0036]
- - Aufsatz "Neue Untersuchungen zur Klebkraft von Schlichtemitteln",
Textil Praxis Int. Dezember 1989 [0037]